前言

某公司新型干法熟料水泥生產(chǎn)線項目于2011年5月動工建設(shè)，2012年11月點火試生產(chǎn)。該項目地處青海省格爾木市，海拔為3318m。其燒成系統(tǒng)采用了CD設(shè)計的雙系列五級旋風(fēng)預(yù)熱器，ф4.8m×72m回轉(zhuǎn)窯，第四代篦式冷卻機(jī)等設(shè)備，燃料采用煙煤。該生產(chǎn)線原設(shè)計熟料產(chǎn)量為4000t/d(最大4400t/d)。投產(chǎn)以來燒成系統(tǒng)的生產(chǎn)運(yùn)行一直不太正常，生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)率低，設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件壽命短，煤耗較高，預(yù)熱器出C1溫度偏高，預(yù)熱器內(nèi)部溫度分布不合理等，為此對該生產(chǎn)線進(jìn)行診斷并實施技術(shù)改造，從而達(dá)到節(jié)能降耗、穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。

該生產(chǎn)線預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)采用了雙系列五級預(yù)熱器，其規(guī)格見表1。燃料采用煙煤，其工業(yè)分析結(jié)果見表2。原料采用有色金屬灰渣配料。

該生產(chǎn)線燒成系統(tǒng)存在的問題如下：

(1)預(yù)熱器系統(tǒng)溫度偏高。C1出口溫度高達(dá)390℃左右；C2和C1旋風(fēng)筒出口風(fēng)溫只相差約90℃，C5、C4、C3筒的出口溫度溫差都很小；分解爐溫度偏高，達(dá)到1000℃左右。

(2)預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮多。結(jié)皮主要分布在分解爐，C3、C4、C5的旋風(fēng)筒，出風(fēng)管及下料管內(nèi)。生產(chǎn)過程中，因旋風(fēng)筒內(nèi)掉結(jié)皮，頻繁造成預(yù)熱器堵料。

(3)預(yù)熱器耐火材料使用壽命短，內(nèi)筒掛片、撒料板等壽命縮短。

(4)入窯分解率低，只有85％～92％左右。

(5)高溫風(fēng)機(jī)磨損嚴(yán)重。

此生產(chǎn)線設(shè)備規(guī)格選型相當(dāng)于平原5000t/d規(guī)模生產(chǎn)線的配置，在海拔為3318m的高原，目前實際生產(chǎn)線產(chǎn)能在4000t/d已經(jīng)達(dá)到了較好的水平。主要問題是生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)率偏低，設(shè)備內(nèi)部構(gòu)件壽命縮短，熱耗偏高，預(yù)熱器內(nèi)部溫度分布不合理。

2.1 設(shè)備規(guī)格配置

該系統(tǒng)預(yù)熱器內(nèi)部風(fēng)速稍偏高，導(dǎo)致物料的停留時間偏短。分解爐容積大約為2300m2,氣體停留時間約為5.2s，對于燃用優(yōu)質(zhì)煤可以滿足，但難以適應(yīng)原、燃材料的波動。

2.2 原、燃料的問題

根據(jù)該廠提供的相關(guān)資料看，該項目采用的煤質(zhì)量很好，屬于優(yōu)質(zhì)煤，給生產(chǎn)提供了良好的條件。項目生料采用了三組份配料，其中石灰石的品質(zhì)較好，但是采用的頁巖中堿含量偏高，有色金屬礦渣中氯含量偏高。盡管有色金屬礦渣用量很小，但是其有害成分分布不均，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)皮堵塞。另外所采用的有色金屬灰渣不知是經(jīng)過多少度高溫煅燒的，估計其易磨性很差，生料中0.2mm的篩余物2.0％～2.8％估計多數(shù)是灰渣料，該料因經(jīng)過高溫煅燒，磨蝕性較強(qiáng)。

2.3 結(jié)皮原因

根據(jù)該廠反映預(yù)熱器系統(tǒng)結(jié)皮多，結(jié)皮主要分布在分解爐，C3～C5旋風(fēng)筒，出口風(fēng)管及下料管。可以看出這是典型的氯離子超標(biāo)導(dǎo)致的結(jié)皮。

因為由氯離子超標(biāo)引起的結(jié)皮溫度范圍比較寬泛，可在1100～350℃廣泛的范圍內(nèi)。從預(yù)熱器結(jié)皮料的分析(表3)中可以看出硫、堿、氯均超標(biāo)，尤其是氯含量1.5％超標(biāo)比例較高。對水泥廠三種原料進(jìn)行了預(yù)配料，原料中的有害成分分布均勻，有害成分顯示不超標(biāo)。

表3 預(yù)熱器結(jié)皮全分析（%）

但實際顯示入窯生料檢出的有害成分嚴(yán)重超標(biāo)，且系統(tǒng)結(jié)皮及結(jié)皮料有害成分嚴(yán)重超標(biāo)，可以判斷原料中的有害成分非常不均勻從而導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)有害成分時而超標(biāo)，時而不超標(biāo)。但一旦超標(biāo)會在系統(tǒng)內(nèi)形成循環(huán)富集，形成結(jié)皮，腐蝕設(shè)備。

2.4 預(yù)熱器系統(tǒng)參數(shù)

根據(jù)水泥廠提供的預(yù)熱器溫度分布看，分解爐出口溫度偏高，導(dǎo)致進(jìn)C5筒溫度偏高，但出C5筒溫度偏低，說明C5筒區(qū)域有吸熱反應(yīng)；C5、C4、C3筒的出口溫度溫差都很小，如果溫度顯示沒有問題，這個溫差小可以說明物料在此并沒有充分換熱，最終導(dǎo)致C3、C2、C1出口溫度偏高；理論計算整個系統(tǒng)預(yù)熱器斷面計算風(fēng)速偏高，按理系統(tǒng)阻力應(yīng)該高，但從運(yùn)行數(shù)據(jù)看，系統(tǒng)阻力并不算高，說明系統(tǒng)存在塌料現(xiàn)象。

2.5 分解率偏低原因

水泥廠提供的分解率只有85％～92％之間，分析可能是C3旋風(fēng)筒少部分料短路經(jīng)C5直接入窯，這也同時解釋了C5、C4、C3筒的出口溫度溫差都很小的原因。

2.6 設(shè)備的壽命

從水泥廠反饋的設(shè)備運(yùn)行情況看，設(shè)備的易損件壽命較短可能有以下幾個原因：

(1)系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行風(fēng)速較大，容易導(dǎo)致磨損；

(2)系統(tǒng)內(nèi)部因原料有害成分超標(biāo)，存在腐蝕現(xiàn)象；

(3)原料中采用的有色金屬灰渣是經(jīng)過煅燒后的廢渣，易磨性差，磨蝕性強(qiáng)；

(4)系統(tǒng)內(nèi)部溫度梯度不正常，溫度總體偏高；

(5)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率低，冷熱交替頻繁。上述因素相互作用，導(dǎo)致設(shè)備壽命下降。

在保持原有設(shè)備規(guī)格及土建框架不變的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有可靠設(shè)備和設(shè)施，對燒成系統(tǒng)作適當(dāng)改造，以降低單位熟料熱耗和電耗。

(1)分解爐容積已經(jīng)基本上能滿足目前生產(chǎn)情況，可以不擴(kuò)大容積。但是煙室縮口處面積過小，致使風(fēng)速達(dá)到了36m/s左右。故在不改變煙室和分解爐外徑的情況，將縮口處原來的圓口改為方口，并同時更換此處的膨脹節(jié)，見圖1。

(2)為解決C2、C3可能有部分物料短路的情況，將C2、C3撒料箱的位置在不動土建框架的基礎(chǔ)上盡量上移，增大到內(nèi)筒底的距離，以便物料能讓氣流帶至下級旋風(fēng)筒，充分換熱，防止物料短路。C3撒料箱改造前后的對比示意圖見圖2。

(3)為解決漏風(fēng)帶來的熱損失，更換C1～C5的翻板閥，更換分解爐上的部分膨脹節(jié)。

(4)改三次風(fēng)進(jìn)分解爐部分的風(fēng)管及膨脹節(jié)。

(5)為解決原料中有害成分氯離子的危害，增加旁路放風(fēng)系統(tǒng)。同時生產(chǎn)時，需要嚴(yán)格控制原料的來源，防止有害成分的波動性。

改造后該生產(chǎn)線已于2016年5月順利投產(chǎn)，表4為改造前后的預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)參數(shù)。

表4 改造前后的預(yù)熱預(yù)分解系統(tǒng)參數(shù)

改造后，各級旋風(fēng)筒出口溫度都趨于正常，顯示物料在各級預(yù)熱器中得到較好的換熱；C5旋風(fēng)筒出口溫度低于分解爐出口溫度，顯示分解爐內(nèi)煤粉燃燒較為充分；物料換熱充分，煤粉燃燒充分，為窯系統(tǒng)穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)創(chuàng)造了的條件；熟料產(chǎn)量穩(wěn)定在4100t/d以上，單位熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低了9kg/t，燒成電耗降低了6kWh/t，達(dá)到了節(jié)能降耗、穩(wěn)定系統(tǒng)操作的目標(biāo)。

由表4可知，改造前熟料標(biāo)準(zhǔn)煤耗為135kg/t，改造后標(biāo)煤耗降至126kg/t，節(jié)省標(biāo)煤5kg/t。以年產(chǎn)熟料127萬t計，每年節(jié)約標(biāo)煤0.635萬t，折算成實物煤每年節(jié)約實物煤0.654萬t。以原煤進(jìn)廠價400元/t計，每年節(jié)省原煤成本261.6萬元。改造后噸熟料工序電耗下降6kWh/t，以年產(chǎn)熟料127萬t計，每年可節(jié)電762萬kWh。電價按0.6元/kWh來計，每年創(chuàng)造節(jié)電效益457.2萬元。

該項目高海拔4000t/d預(yù)分解系統(tǒng)的成功改造，我們可以看到通過改造有助于水泥企業(yè)提高產(chǎn)量、節(jié)能降耗、提高經(jīng)濟(jì)效益，同時也為以后其它類似的工程項目的技術(shù)升級改造提供了有益的參考。

作者：黃鋒，于歡

來源：《中材國際工程股份有限公司(南京)》

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